合成氨壓縮機(jī)溫度波動(dòng)原因分析

合成氨壓縮機(jī)溫度波動(dòng)原因分析

合成氨裝置運(yùn)行平穩(wěn)山西奧安吉隆有限公司現(xiàn)有油藏式采油廠18萬噸/a和30萬噸/a。其中,合成氨裝置有一套離心式氨壓縮機(jī)組,為合成氨系統(tǒng)提供冷量,由透平驅(qū)動(dòng)。在近4年的運(yùn)行中,氨壓縮機(jī)總體運(yùn)行平穩(wěn)。期間,出現(xiàn)了一次壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端徑向軸瓦溫度波動(dòng)的情況,經(jīng)過分析,找到了導(dǎo)致溫度波動(dòng)的原因,為機(jī)組的連續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。1壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)組整套氨壓縮機(jī)組為分體式組裝機(jī)組,主要由壓縮機(jī)組(含汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、共用底座)、-10℃氨分離器、5℃氨分離器、中冷器、氨冷凝器、液氨貯槽、不凝氣體抽氣回收裝置、潤滑調(diào)節(jié)油站、高位油箱、電控系統(tǒng)、管道及管道附件等組成。壓縮機(jī)和汽輪機(jī)安裝在共用底座上,由汽輪機(jī)通過膜片聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。汽輪機(jī)為杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的凝汽式汽輪機(jī),壓縮機(jī)為重慶通用工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司生產(chǎn),有關(guān)參數(shù)見表1。壓縮機(jī)的徑向軸承為5瓦塊可傾瓦軸承,上軸承安放2塊軸瓦,下軸承安放3塊軸瓦,軸瓦由碳鋼本體和巴氏合金軸承組成,潤滑油由軸承殼下部進(jìn)油,上部排油,在底部瓦塊上有一個(gè)鉑熱電阻測溫元件,用于檢測徑向軸瓦的溫度,確保軸承安全穩(wěn)定運(yùn)行。2壓縮過程從-10℃氨分離器來的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)氣口,開始進(jìn)行壓縮機(jī)第一段壓縮。第1、2級(jí)葉輪出口氣流分別進(jìn)入各自的無葉擴(kuò)壓器、彎道、回流器,然后到下一級(jí)進(jìn)一步壓縮。從5℃氨分離器來的補(bǔ)氣氣體進(jìn)入壓縮機(jī)補(bǔ)氣口,在第2級(jí)的彎道出口處與前兩級(jí)葉輪壓縮后的氣體相混合,然后進(jìn)入第3級(jí)葉輪,開始第2段的氣體壓縮過程。第3、4級(jí)葉輪出口氣流分別進(jìn)入各自的無葉擴(kuò)壓器、彎道、回流器,然后到下一級(jí)進(jìn)一步壓縮。第5級(jí)葉輪出口氣流經(jīng)擴(kuò)壓器擴(kuò)壓后進(jìn)入第2段排氣蝸室排出壓縮機(jī),進(jìn)入中間冷卻器。冷卻后的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)第3段進(jìn)氣口,開始進(jìn)行壓縮機(jī)第3段壓縮。第6級(jí)葉輪出口氣流經(jīng)第6級(jí)無葉擴(kuò)壓器、彎道、回流器,然后進(jìn)入到第7級(jí)進(jìn)一步壓縮。第7級(jí)葉輪出口氣流經(jīng)擴(kuò)壓進(jìn)氣端兩側(cè)器擴(kuò)壓后進(jìn)入第3段排氣蝸室排出壓縮機(jī),進(jìn)入氨冷凝器。3壓縮機(jī)投氣過程中的溫度波動(dòng)在氨合成由封塔轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)的過程中,氨壓縮機(jī)投入系統(tǒng)。投入系統(tǒng)前,氨壓縮機(jī)一直打內(nèi)循環(huán),設(shè)定轉(zhuǎn)速為9100r/min,投入系統(tǒng)前8h的運(yùn)行狀況見表2。在氨合成一床觸媒溫度升至300℃時(shí),氨壓縮機(jī)根據(jù)需要投入系統(tǒng),投入系統(tǒng)后8h的運(yùn)行狀況見表3。從表2可以看出,在氨壓縮機(jī)投入系統(tǒng)前,一切運(yùn)行正常,壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)端徑向瓦溫在70℃~72℃,波動(dòng)幅度非常小。從表3可以看出,在氨壓縮機(jī)投入系統(tǒng)后的開始一段時(shí)間內(nèi),壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)端徑向瓦溫在81℃~85℃,相比投入系統(tǒng)前波動(dòng)幅度增大。隨著時(shí)間的推移,壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端徑向瓦溫的波動(dòng)幅度越來越大。在氨壓縮機(jī)投入系統(tǒng)后72h后的運(yùn)行狀況見表4。在此次投入系統(tǒng)后,與同等負(fù)荷下氨壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況相比,在潤滑油壓、潤滑油溫?zé)o明顯變化的情況下,壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)端徑向瓦溫的變化異常明顯。同等負(fù)荷下氨壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)見表5。在該徑向溫度點(diǎn)出現(xiàn)明顯波動(dòng)后,我們進(jìn)行了重點(diǎn)跟蹤,發(fā)現(xiàn)其波動(dòng)有非常明顯的特點(diǎn):1)波動(dòng)有明顯的周期性,但波動(dòng)曲線非拋物線,可分為蓄勢、飛漲、峰值、暴跌4個(gè)階段。2)4個(gè)階段時(shí)間長短不一,以末期的波動(dòng)周期(約3h)為例,蓄勢階段約160min,飛漲階段約15min,峰值不停留,暴跌階段約2min。在每個(gè)波動(dòng)周期中,蓄勢階段為溫度緩慢上漲的時(shí)期,飛漲階段為溫度快速上漲的時(shí)期,并很快達(dá)到峰值,暴跌階段時(shí)溫度急劇下降。單個(gè)波動(dòng)周期的趨勢圖見圖1。通過跟蹤,我們還發(fā)現(xiàn),溫度波動(dòng)的變化隨運(yùn)行周期的延長而呈逐漸惡化的趨勢。表現(xiàn)為:1)波動(dòng)周期逐步縮短,從最初的約24h縮短為后期的2h~3h,而且時(shí)間縮短顯著的是蓄勢階段,另外3個(gè)階段的時(shí)長縮短不多;2)波動(dòng)幅度越來越大,從最初的約4℃發(fā)展到最后的約50℃;3)波動(dòng)的最高值越來越大,末期達(dá)到了131℃。4原因分析4.1設(shè)備故障在發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端徑向軸瓦溫度異常后,根據(jù)溫度的變化趨勢及儀表工的檢查,首先排除了儀表故障這一可能的原因。4.2油膜厚度的影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行的情況下,轉(zhuǎn)子只做以軸中心線為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)。在工況穩(wěn)定的情況下,其軸瓦溫度、振動(dòng)值的趨勢都接近直線狀態(tài)。根據(jù)對(duì)該徑向軸瓦溫度波動(dòng)趨勢的觀察,我們判定壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了以自身質(zhì)量中心點(diǎn)為中心的渦動(dòng),在溫度波動(dòng)的峰值點(diǎn)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng)值突然波動(dòng)的現(xiàn)象,這也佐證了轉(zhuǎn)子的這一渦動(dòng)的存在。轉(zhuǎn)子與軸瓦之間存在油膜,厚度0.14mm~0.18mm,油膜的存在保證了轉(zhuǎn)子的潤滑,并及時(shí)帶走轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦熱與被壓縮介質(zhì)所傳遞過來的熱量。轉(zhuǎn)子正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),油膜的厚度是均勻、基本保持恒定的。但在轉(zhuǎn)子發(fā)生渦動(dòng)時(shí),就會(huì)影響油膜的穩(wěn)定性,導(dǎo)致油膜振蕩,即油膜厚度發(fā)生周期性的波動(dòng)。在油膜厚度變小時(shí),潤滑、冷卻效果就會(huì)變差,從而導(dǎo)致徑向軸瓦溫度的升高?？赡軐?dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生渦動(dòng)的原因較多,轉(zhuǎn)子摩擦、油膜渦動(dòng)、進(jìn)氣或排氣端壓力的劇烈波動(dòng)(氣流激振)、與之相連的其他轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)等。我們通過查看氨壓縮機(jī)投入系統(tǒng)時(shí)的崗位操作記錄,以及油溫、油壓、進(jìn)氣口壓力、補(bǔ)氣口壓力、排氣口壓力、中間冷卻器的進(jìn)氣與排氣口壓力、汽輪機(jī)的振值等各相關(guān)參數(shù)的變化趨勢,最后判定,當(dāng)氨合成塔一床塔溫升至350℃時(shí),氨壓縮機(jī)才投入系統(tǒng),這時(shí)氨合成裝置中的2臺(tái)氨蒸發(fā)器的壓力分別達(dá)到了0.5MPa和0.6MPa,遠(yuǎn)高于氨壓縮機(jī)的進(jìn)氣口、補(bǔ)氣口壓力。此外,操作工在打開進(jìn)氣與補(bǔ)氣口閥門時(shí)的速度比較快,對(duì)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子造成非常大的沖擊,最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生了渦動(dòng)。5轉(zhuǎn)子群的渦流導(dǎo)致難以消失分析徑向軸瓦溫度周期性波動(dòng)這一現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致這種現(xiàn)象的直接原因,即轉(zhuǎn)子以自身質(zhì)量中心點(diǎn)為中心的渦動(dòng)。通過進(jìn)一步的分析,找到了導(dǎo)